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1、The central dogmaThe central dogmaThe central dogmaThe central dogmaDNADNARNARNAProteinProtein翻译翻译蛋白质的生物合成(16)Chapter 7Chapter 7Protein Biosynthesis ( Protein Biosynthesis ( Translation)Translation)蛋白质的生物合成(16)合成体系合成体系蛋白质生物合成蛋白质生物合成蛋白质合成过程蛋白质合成过程翻译后的加工翻译后的加工mRNA是翻译的直接模板是翻译的直接模板tRNA和氨基酰和氨基酰-tRNA核糖体是肽
2、链合成的场所核糖体是肽链合成的场所翻译的起始翻译的起始肽链的延长肽链的延长( (核糖体循环核糖体循环) )肽链合成的终止肽链合成的终止 高级结构的修饰高级结构的修饰一级结构的修饰一级结构的修饰蛋白质合成后的靶向输送蛋白质合成后的靶向输送 蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成（翻译）蛋白质的生物合成（翻译）蛋白质的生物合成（翻译）蛋白质的生物合成（翻译） 将核酸中由将核酸中由将核酸中由将核酸中由 4 4 4 4 种种种种核苷酸序列核苷酸序列核苷酸序列核苷酸序列编编编编码的遗传信息，通过码的遗传信息，通过码的遗传信息，通过码的遗传信息，通过遗传密码遗传密码遗传密码遗传密码破译的方破译的方破译的
3、方破译的方式解读为蛋白质一级结构中式解读为蛋白质一级结构中式解读为蛋白质一级结构中式解读为蛋白质一级结构中20202020种种种种氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸的排列顺序的排列顺序的排列顺序的排列顺序 。蛋白质的生物合成(16)1Protein Biosynthesis System1Protein Biosynthesis System蛋白质的生物合成(16)参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质生物合成的物质三种三种RNA20种氨基酸种氨基酸(AA)作为原料作为原料酶及众多蛋白因子，如酶及众多蛋白因子，如IF、eIFATP、GTP、无机离子、无机离子m
4、RNA（messengerRNA）rRNA（ribosomalRNA）tRNA（transferRNA）蛋白质的生物合成(16)mRNA and mRNA and codencodenmRNAmRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者vvCistronCistron( (顺顺顺顺反反反反子子子子) )：遗遗遗遗传传传传学学学学中中中中，编编编编码码码码一一一一个个个个多多多多肽的遗传单位肽的遗传单位肽的遗传单位肽的遗传单位。vvPolycistronPolycistron( (多多多多顺顺顺顺反反反反子子子子) )：原原原原核核核核细细细细胞胞胞胞中中中中
5、数数数数个个个个结结结结构构构构基基基基因因因因常常常常串串串串联联联联为为为为一一一一个个个个转转转转录录录录单单单单位位位位，转转转转录录录录生生生生成成成成的的的的mRNAmRNA可编码几种功能相关的蛋白质。可编码几种功能相关的蛋白质。可编码几种功能相关的蛋白质。可编码几种功能相关的蛋白质。vvSingle Single cistroncistron( (单单单单顺顺顺顺反反反反子子子子) )：真真真真核核核核mRNAmRNA只只只只编码一种蛋白质编码一种蛋白质编码一种蛋白质编码一种蛋白质。蛋白质的生物合成(16)原核生物的多顺反子原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子真核生物的单顺反子非
6、编码序列非编码序列核糖体结合位点核糖体结合位点起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子编码序列编码序列PPP5 3 蛋白质蛋白质PPPmG-5 3 蛋白质蛋白质蛋白质的生物合成(16)l lmRNA上存在遗传密码上存在遗传密码mRNAmRNA分分分分子子子子上上上上从从从从5 5 至至至至3 3 方方方方向向向向，由由由由AUGAUG开开开开始始始始，每每每每3 3个个个个核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸为为为为一一一一组组组组，决决决决定定定定肽肽肽肽链链链链上上上上某某某某一一一一个个个个氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸或或或或蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质合合合合成成成成的的的的起起起起始始始始、终终终终止止
7、止止信信信信号，称为号，称为号，称为号，称为三联体密码三联体密码三联体密码三联体密码(triplet coden)(triplet coden)(triplet coden)(triplet coden)。initiation coden(起始密码起始密码):AUGtermination coden(终止密码终止密码):UAA，UAG，UGA 蛋白质的生物合成(16)第第三三个个字字母母UCAGUCAGUCAGUCAG遗遗传传密密码码表表蛋白质的生物合成(16)从从从从mRNAmRNA5 5 端端端端起起起起始始始始密密密密码码码码子子子子AUGAUG到到到到3 3 端端端端终终终终止止止止密
8、密密密码码码码子子子子之之之之间间间间的的的的核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸序序序序列列列列，各各各各个个个个三三三三联联联联体体体体密密密密码码码码连连连连续续续续排排排排列编码一个蛋白质多肽链。列编码一个蛋白质多肽链。列编码一个蛋白质多肽链。列编码一个蛋白质多肽链。 open reading frame, ORF开放阅读框架开放阅读框架蛋白质的生物合成(16)vv连续性连续性连续性连续性( ( ( (commalesscommalesscommalesscommaless) ) ) )ll遗传密码的特点遗传密码的特点遗传密码的特点遗传密码的特点编码蛋白质氨基酸序列的各个编码蛋白质氨基酸序列的各个
9、编码蛋白质氨基酸序列的各个编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既三联体密码连续阅读，密码间既三联体密码连续阅读，密码间既三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。无间断也无交叉。无间断也无交叉。无间断也无交叉。 蛋白质的生物合成(16) 基因损伤引起基因损伤引起基因损伤引起基因损伤引起mRNAmRNA阅读框架内的碱基阅读框架内的碱基阅读框架内的碱基阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变发生插入或缺失，可能导致框移突变发生插入或缺失，可能导致框移突变发生插入或缺失，可能导致框移突变( ( ( (frameshiftframeshiftframeshiftframesh
10、ift mutation) mutation) mutation) mutation)。 蛋白质的生物合成(16)vvdegeneracydegeneracy简并性简并性简并性简并性遗传密码中，除遗传密码中，除遗传密码中，除遗传密码中，除色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸(Trp)(Trp)和和和和甲硫氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸(Met)(Met)仅有一仅有一仅有一仅有一个密码子外，其余氨基酸有个密码子外，其余氨基酸有个密码子外，其余氨基酸有个密码子外，其余氨基酸有2 2、3 3、4 4个或多至个或多至个或多至个或多至6 6个三联体为其编个三联体为其编个三联体为其编个三联体为其编码。码。码。码。蛋白质
11、的生物合成(16)三联密码的简并性三联密码的简并性蛋白质的生物合成(16)vvuniversaluniversal通用性通用性通用性通用性 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生蛋白质生物合成的整套密码，从原核生蛋白质生物合成的整套密码，从原核生蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。物到人类都通用。物到人类都通用。物到人类都通用。 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。植物细胞的叶绿体。植物细胞的叶绿体。植物细胞的叶绿体。 密码的通用性进一步证明各种生物进化密码的
12、通用性进一步证明各种生物进化密码的通用性进一步证明各种生物进化密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。自同一祖先。自同一祖先。自同一祖先。 蛋白质的生物合成(16)生物密码子线粒体DNA编码的氨基酸核DNA编码的氨基酸所有UGA色氨酸终止子酵母CUA苏氨酸亮氨酸果蝇AGA丝氨酸精氨酸哺乳类AGA/G终止子精氨酸哺乳类AUA甲硫氨酸异亮氨酸蛋白质的生物合成(16)vvwobblewobble摆动性摆动性摆动性摆动性转转转转运运运运氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸的的的的tRNAtRNA的的的的反反反反密密密密码码码码需需需需要要要要通通通通过过过过碱碱碱碱基基基基互互互互补补补补与与与与mRNAm
13、RNA上上上上的的的的遗遗遗遗传传传传密密密密码码码码反反反反向向向向配配配配对对对对结结结结合合合合，但但但但反反反反密密密密码码码码与与与与密密密密码码码码间间间间不不不不严严严严格格格格遵遵遵遵守守守守常常常常见见见见的的的的碱碱碱碱基基基基配配配配对对对对规规规规律律律律，称称称称为为为为摆动配对摆动配对摆动配对摆动配对。 蛋白质的生物合成(16)密码子、反密码子配对的摆动现象密码子、反密码子配对的摆动现象蛋白质的生物合成(16)Ribosome 多肽链合成的装置多肽链合成的装置蛋白质的生物合成(16)核核蛋蛋白白体体的的组组成成原核生物核糖体原核生物核糖体真核生物核糖体真核生物核糖体
14、蛋白质的生物合成(16)电镜下观察到原核生物核糖体的结构电镜下观察到原核生物核糖体的结构蛋白质的生物合成(16)原核生物翻译过程中核糖体结构模式原核生物翻译过程中核糖体结构模式E位：排出位位：排出位(exit site)(exit site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)(peptidyl site)A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)(aminoacyl site)蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)tRNA and ammonia acid activity 氨基酸的活化氨基酸的活化反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂蛋白质的生物合成(1
15、6)tRNA的三级结构示意图的三级结构示意图蛋白质的生物合成(16)每种合成酶通过几个特殊碱基来识别其同质每种合成酶通过几个特殊碱基来识别其同质每种合成酶通过几个特殊碱基来识别其同质每种合成酶通过几个特殊碱基来识别其同质tRNAtRNAtRNAtRNAtRNAtRNA合成酶识别的碱基合成酶识别的碱基合成酶识别的碱基合成酶识别的碱基一类氨基酰一类氨基酰一类氨基酰一类氨基酰tRNAtRNA合成酶合成酶合成酶合成酶 ValVal反密码子上的三个碱基反密码子上的三个碱基反密码子上的三个碱基反密码子上的三个碱基MetMet反密码子上的三个碱基反密码子上的三个碱基反密码子上的三个碱基反密码子上的三个碱基I
16、leIle反密码子上的反密码子上的反密码子上的反密码子上的C34C34修饰碱基修饰碱基修饰碱基修饰碱基GlnGlnU35U35（反密码子）（反密码子）（反密码子）（反密码子）;U1-A72;U1-A72和和和和G73G73（受体臂）（受体臂）（受体臂）（受体臂）二类氨基酰二类氨基酰二类氨基酰二类氨基酰tRNAtRNA合成酶合成酶合成酶合成酶 PhePhe（酵母）（酵母）（酵母）（酵母）反密码子上的三个碱基，反密码子上的三个碱基，反密码子上的三个碱基，反密码子上的三个碱基，G20(DG20(D环环环环);A73();A73(末端末端末端末端) )SerSerG1-C72;G2-C71;A3-U7
17、0(G1-C72;G2-C71;A3-U70(受体臂受体臂受体臂受体臂);C11-G24(D);C11-G24(D环环环环) )AlaAlaG3-U70(G3-U70(受体臂受体臂受体臂受体臂) )蛋白质的生物合成(16)氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸+tRNA+tRNA氨基酰氨基酰氨基酰氨基酰-tRNA-tRNAATPATP AMPAMPPPiPPi氨基酰氨基酰氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶合成酶合成酶（一）（一）（一）（一）氨基酰氨基酰氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶合成酶合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)(aminoacyl-tRNAsynth
18、etase)ll 氨基酸的活化氨基酸的活化氨基酸的活化氨基酸的活化蛋白质的生物合成(16)3535氨基酸与氨基酸与tRNA分子结合使氨基酸本身被活化，分子结合使氨基酸本身被活化，利于下一步形成肽键的反应。利于下一步形成肽键的反应。蛋白质的生物合成(16)tRNA可携带氨基酸到可携带氨基酸到mRNA的指定部位，使的指定部位，使氨基酸被掺入到肽链合适的位置。氨基酸被掺入到肽链合适的位置。蛋白质的生物合成(16)tRNAtRNA与酶与酶与酶与酶结合的模型结合的模型结合的模型结合的模型tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP蛋白质的生物合成(16)氨基酰氨基酰氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合
19、成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNAtRNA都有都有都有都有高度高度高度高度特异性特异性特异性特异性。氨基酰氨基酰氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶具有合成酶具有合成酶具有合成酶具有校正活性校正活性校正活性校正活性(proofreadingactivity)(proofreadingactivity) 。氨基酰氨基酰氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA的表示方法的表示方法的表示方法的表示方法: :Ala-Ala-tRNAtRNAAlaAla Ser-tRNASer-tRNASerSerMet-tRNAMet-tRNAMetMet蛋白质的生物合成
20、(16)原核生物：原核生物：原核生物：原核生物： f fMet-tRNAMet-tRNAi if fMetMet真核生物：真核生物：真核生物：真核生物： Met-tRNAMet-tRNAi iMetMet（二）（二）（二）（二）起始肽链合成的氨基酰起始肽链合成的氨基酰起始肽链合成的氨基酰起始肽链合成的氨基酰- -tRNAtRNA蛋白质的生物合成(16)2 The Process of Protein Biosynthesis2 The Process of Protein Biosynthesis 蛋白质的生物合成(16)initiationinitiationelongationelonga
21、tionterminationtermination整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为 ：翻翻翻翻译译译译过过过过程程程程从从从从阅阅阅阅读读读读框框框框架架架架的的的的5 5 -AUG-AUG开开开开始始始始，按按按按mRNAmRNA模模模模板板板板三三三三联联联联体体体体密密密密码码码码的的的的顺顺顺顺序序序序延延延延长长长长肽肽肽肽链链链链，直直直直至至至至终止密码终止密码终止密码终止密码出现。出现。出现。出现。 蛋白质的生物合成(16)一、肽链合成起始一、肽链合成起始指指mRNA和和起起始始氨氨基基酰酰 -tRNA分分别别与与核核糖糖体体结结合合而
22、而形形成成 翻翻译译起起始始复复合合物物( (t tr ra an ns sl la at ti io on na al l i in ni it ti ia at ti io on n c co om mp pl le ex x) )。蛋白质的生物合成(16)（一）原核生物翻译起始复合物形成（一）原核生物翻译起始复合物形成（一）原核生物翻译起始复合物形成（一）原核生物翻译起始复合物形成核糖体大小亚基分离；核糖体大小亚基分离；核糖体大小亚基分离；核糖体大小亚基分离；mRNAmRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；起始氨基酰起始氨基酰起始氨基酰起始氨基酰-
23、tRNA-tRNA（fMet-tRNAfMet-tRNAi if fMetMet ）的结合；的结合；的结合；的结合； 核糖体大亚基结合。核糖体大亚基结合。核糖体大亚基结合。核糖体大亚基结合。蛋白质的生物合成(16)起始因子起始因子起始因子起始因子生物功能生物功能生物功能生物功能原核生物原核生物原核生物原核生物IF-1IF-1占据占据占据占据A A位，防止其它位，防止其它位，防止其它位，防止其它tRNAtRNA结合结合结合结合IF-2IF-2促进起始促进起始促进起始促进起始tRNAtRNA与小亚基结合与小亚基结合与小亚基结合与小亚基结合IF-3IF-3促进大小亚基分离，提高促进大小亚基分离，提高
24、促进大小亚基分离，提高促进大小亚基分离，提高P P位位位位对结合起始对结合起始对结合起始对结合起始tRNAtRNA的敏感性的敏感性的敏感性的敏感性原核生物各种起始因子的生物功能原核生物各种起始因子的生物功能蛋白质的生物合成(16)IF-3IF-11. 1. 核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离IF-3IF-1蛋白质的生物合成(16)IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合A U G53蛋白质的生物合成(16)S-D序列序列细菌的细菌的细菌的细菌的mRNAmRNA通常含有一段通常含有一段通常含有一段通常含有一段富有嘌呤碱基富有嘌呤碱基富有嘌呤碱基富有嘌呤碱基的的的的序列，
25、位于起始序列，位于起始序列，位于起始序列，位于起始AUGAUG序列序列序列序列上游上游上游上游1010个碱基左右的区个碱基左右的区个碱基左右的区个碱基左右的区域，能与域，能与域，能与域，能与16s-rRNA316s-rRNA3端的端的端的端的7 7个嘧啶碱基进行互补识个嘧啶碱基进行互补识个嘧啶碱基进行互补识个嘧啶碱基进行互补识别，以帮助从起始别，以帮助从起始别，以帮助从起始别，以帮助从起始AUGAUG处开始翻译。处开始翻译。处开始翻译。处开始翻译。 蛋白质的生物合成(16)IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAifMet)结合到结合到小亚基小亚基A
26、U G53蛋白质的生物合成(16)IF-3IF-14. 4. 核糖体大亚基结合，起始复合物形成核糖体大亚基结合，起始复合物形成GTPGDP PiIF-1IF-3IF-2A U G53蛋白质的生物合成(16)（二）真核生物翻译起始复合物形成（二）真核生物翻译起始复合物形成（二）真核生物翻译起始复合物形成（二）真核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；起始氨基酰起始氨基酰起始氨基酰起始氨基酰-tRNA(Met-tRNA-tRNA(Met-tRNAi iMetMet) )结合；结合；结合；结合；mRNAmRNA在核蛋白体小亚基就
27、位；在核蛋白体小亚基就位；在核蛋白体小亚基就位；在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。蛋白质的生物合成(16)起始因子起始因子起始因子起始因子生物功能生物功能生物功能生物功能真真真真核核核核生生生生物物物物eIF-1AeIF-1A促进大小亚基分离促进大小亚基分离促进大小亚基分离促进大小亚基分离eIF-2eIF-2促进起始促进起始促进起始促进起始tRNAtRNA与小亚基结合与小亚基结合与小亚基结合与小亚基结合eIF-3eIF-3最先促进大小亚基分离最先促进大小亚基分离最先促进大小亚基分离最先促进大小亚基分离eIF-4eIF-4复合物
28、复合物复合物复合物eIF-4AeIF-4A促进促进促进促进mRNAmRNA结合小亚基结合小亚基结合小亚基结合小亚基eIF-4BeIF-4B结合结合结合结合mRNAmRNA，促进，促进，促进，促进mRNAmRNA扫描定位扫描定位扫描定位扫描定位起始起始起始起始AUGAUGeIF-4EeIF-4E结合结合结合结合mRNA 5mRNA 5帽子帽子帽子帽子eIF-4GeIF-4G结合结合结合结合eIF-4EeIF-4EeIF-5eIF-5促进各种起始因子从小亚基上分离，促进各种起始因子从小亚基上分离，促进各种起始因子从小亚基上分离，促进各种起始因子从小亚基上分离，进而结合大亚基进而结合大亚基进而结合大
29、亚基进而结合大亚基eIF-6eIF-6促进大小亚基分离促进大小亚基分离促进大小亚基分离促进大小亚基分离真核生物各种起始因子的生物功能真核生物各种起始因子的生物功能蛋白质的生物合成(16)1. 1. 核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离蛋白质的生物合成(16)2.起始氨基酰起始氨基酰-tRNA(Met-tRNAiMet)结合结合蛋白质的生物合成(16)3.mRNA在核糖体小亚基就位在核糖体小亚基就位蛋白质的生物合成(16)4.核蛋白体大亚基结合核蛋白体大亚基结合蛋白质的生物合成(16)二、肽链合成延长二、肽链合成延长二、肽链合成延长二、肽链合成延长根根根根据据据据mRNAmRNA密密密密码码
30、码码序序序序列列列列的的的的指指指指导导导导，次次次次序序序序添添添添加加加加氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸从从从从N N端端端端向向向向C C端端端端延延延延伸伸伸伸肽肽肽肽链链链链，直直直直到到到到合合合合成成成成终终终终止止止止的过程。的过程。的过程。的过程。 蛋白质的生物合成(16)肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称为为为为核糖体循环核糖体循环核糖体循环核糖体循环(ribosomalcycle)(ribosomalcycle)，每次循环增，每次循环增，每次循环增，每次
31、循环增加一个氨基酸，包括以下三步：加一个氨基酸，包括以下三步：加一个氨基酸，包括以下三步：加一个氨基酸，包括以下三步：进位进位进位进位(entrance)(entrance)成肽成肽成肽成肽(peptidebondformation)(peptidebondformation)转位转位转位转位(translocation)(translocation)蛋白质的生物合成(16)延伸过程所需蛋白因子称为延伸过程所需蛋白因子称为延伸过程所需蛋白因子称为延伸过程所需蛋白因子称为延长因子延长因子延长因子延长因子(elongation (elongation (elongation (elongation
32、 factor, EF)factor, EF)factor, EF)factor, EF)原核生物：原核生物：原核生物：原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-T(EF-Tu,EF-Ts)、EF-GEF-G真核生物：真核生物：真核生物：真核生物：EF-1EF-1、EF-2EF-2蛋白质的生物合成(16)原核延长原核延长原核延长原核延长因子因子因子因子生物功能生物功能生物功能生物功能对应真核对应真核对应真核对应真核延长因子延长因子延长因子延长因子EF-TuEF-Tu促进氨基酰促进氨基酰促进氨基酰促进氨基酰-tRNA-tRNA进入进入进入进入A A位，结合分解位，结合分解位，结合分解位，
33、结合分解GTPGTPEF-1-EF-1-EF-TsEF-Ts调节亚基调节亚基调节亚基调节亚基EF-1-EF-1-EFGEFG有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-mRNA-肽酰肽酰肽酰肽酰-tRNA-tRNA由由由由A A位位位位前移到前移到前移到前移到P P位，促进卸载位，促进卸载位，促进卸载位，促进卸载tRNAtRNA释放释放释放释放EF-2EF-2肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子蛋白质的生物合成(16)（一）进位（一）进位又称注册又称注册(registration)指根据指根据mRNA下下一组遗传密码指一组遗传密码指导，使相应氨基导，使相应
34、氨基酰酰-tRNA进入核进入核蛋白体蛋白体A位。位。蛋白质的生物合成(16)蛋白质的生物合成(16)（二）成肽（二）成肽是由转肽酶是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成催化的肽键形成过程。过程。1212蛋白质的生物合成(16)（三）转位（三）转位延长因子延长因子EF-2（EF-G）有）有转位酶转位酶(translocase)活性，活性，可结合并水解可结合并水解1分子分子GTP，促进核糖体向促进核糖体向mRNA的的3侧侧移动移动。1212蛋白质的生物合成(16)进进位位转转位位成肽成肽蛋白质的生物合成(16) 三、肽链合成的终止三、肽链合成的终止当当当当mRNAmRNA上上上上
35、终止密码终止密码终止密码终止密码出现后，出现后，出现后，出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰多肽链合成停止，肽链从肽酰多肽链合成停止，肽链从肽酰多肽链合成停止，肽链从肽酰- -tRNAtRNA中释出，中释出，中释出，中释出，mRNAmRNA、核糖体等、核糖体等、核糖体等、核糖体等分离，这些过程称为肽链合成终分离，这些过程称为肽链合成终分离，这些过程称为肽链合成终分离，这些过程称为肽链合成终止。止。止。止。 蛋白质的生物合成(16)与终止相关的蛋白因子与终止相关的蛋白因子与终止相关的蛋白因子与终止相关的蛋白因子释放因子释放因子释放因子释放因子 (release factor, RF)(releas
36、e factor, RF)(release factor, RF)(release factor, RF) 原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF蛋白质的生物合成(16)vv是是是是识识识识别别别别终终终终止止止止密密密密码码码码，如如如如RF-1RF-1特特特特异异异异识识识识别别别别UAAUAA、UAGUAG；而；而；而；而RF-2RF-2可识别可识别可识别可识别UAAUAA、UGAUGA。vv是是是是诱诱诱诱导导导导转转转转肽肽肽肽酶酶酶酶改改改改变变变变为为为为酯酯酯酯酶酶酶酶活活活活性性性性，相相相相当当当当于于于于
37、催催催催化化化化肽肽肽肽酰酰酰酰基基基基转转转转移移移移到到到到水水水水分分分分子子子子-OH-OH上上上上，使使使使肽肽肽肽链从核蛋白体上释放。链从核蛋白体上释放。链从核蛋白体上释放。链从核蛋白体上释放。 释放因子的功能释放因子的功能蛋白质的生物合成(16)原原原原核核核核肽肽肽肽链链链链合合合合成成成成终终终终止止止止过过过过程程程程 蛋白质的生物合成(16)真真核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 蛋白质的生物合成(16)多聚核糖体多聚核糖体多聚核糖体多聚核糖体(polysome)(polysome)使蛋白质使蛋白质使蛋白质使蛋白质合成高速、高合成高速、高合成高速、高合成高速、高效进行。
38、效进行。效进行。效进行。蛋白质的生物合成(16)电镜下的多聚核糖体现象电镜下的多聚核糖体现象蛋白质的生物合成(16)3 Posttranslational Processing 3 Posttranslational Processing & Protein Transportation& Protein Transportation蛋白质的生物合成(16)从核糖体释放出的新生多肽链不具备蛋白从核糖体释放出的新生多肽链不具备蛋白从核糖体释放出的新生多肽链不具备蛋白从核糖体释放出的新生多肽链不具备蛋白从核糖体释放出的新生多肽链不具备蛋白从核糖体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同
39、的翻译后复杂加工质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。过程才转变为天然构象的功能蛋白。过程才转变为天然构象的功能蛋白。过程才转变为天然构象的功能蛋白。过程才转变为天然构象的功能蛋白。过程才转变为天然构象的功能蛋白。主要包括主要包括主要包括主要包括多肽链折叠为天然的三维结构多肽链折叠为天然的三维结构多肽链折叠为天然的三维结构多肽链折叠为天然的三维结构多肽链折叠为天然的三维结构多肽链折叠为天然的三维结构 肽
40、链一级结构的修饰肽链一级结构的修饰肽链一级结构的修饰肽链一级结构的修饰肽链一级结构的修饰肽链一级结构的修饰高级结构修饰高级结构修饰高级结构修饰高级结构修饰高级结构修饰高级结构修饰 蛋白质的生物合成(16)一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新新新新新新生肽链生肽链生肽链生肽链生肽链生肽链N N N端在核糖体上一出现，肽链的
41、折叠即开端在核糖体上一出现，肽链的折叠即开端在核糖体上一出现，肽链的折叠即开端在核糖体上一出现，肽链的折叠即开端在核糖体上一出现，肽链的折叠即开端在核糖体上一出现，肽链的折叠即开始。始。始。始。始。始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空生
42、正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。间构象。间构象。间构象。间构象。间构象。 一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即折叠的信息，即折叠的信息，即折叠的信息，即折叠的信息，即折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础一级结构是空间构象的基础一级结构是空间构象的基础一级结构是空间构象的基础一级结构是空间构象的基础一级结构是空
43、间构象的基础。细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其他酶、蛋白辅助。而需要其他酶、蛋白辅助。而需要其他酶、蛋白辅助。而需要其他酶、蛋白辅助。而需要其他酶、蛋白辅助。而需要其他酶、蛋白辅助。 蛋白质的生物合成(16)几种有促进蛋白折叠功能的大分子几种有促进蛋白折叠功能的大分子几种有促进蛋白折叠功能的大分子几种有促进蛋白折叠功能的大分子vvv 分子伴侣分子伴侣分子伴侣分子伴侣分子
44、伴侣分子伴侣 (molecular chaperon) (molecular chaperon) (molecular chaperon) (molecular chaperon) (molecular chaperon) (molecular chaperon) vvv 蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 (protein disulfide (protein disulfide (protein disulfide (protein disulfide (protein disulfide (protein disulfide
45、isomeraseisomeraseisomeraseisomeraseisomeraseisomerase, , , , , , PDI)PDI)PDI)PDI)PDI)PDI)vvv 肽肽肽肽肽肽- - -脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 (peptide (peptide (peptide (peptide (peptide (peptide prolylprolylprolylprolylprolylprolyl ciscisciscisciscis-trans -trans -trans -trans -trans -t
46、rans isomeraseisomeraseisomeraseisomeraseisomeraseisomerase, PPI), PPI), PPI), PPI), PPI), PPI)蛋白质的生物合成(16)1.1.1.热休克蛋白热休克蛋白热休克蛋白热休克蛋白热休克蛋白热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)(heatshockprotein,HSP)(heatshockprotein,HSP)HSP70HSP70HSP70、HSP40HSP40HSP40和和和和和和GreEGreEGreE族族族族族族 2.2.2.伴侣素伴侣素伴侣素伴侣素伴侣素伴侣素(chaperonin
47、s)(chaperonins)(chaperonins)GroELGroELGroEL和和和和和和GroESGroESGroES家族家族家族家族家族家族 分子伴侣分子伴侣分子伴侣分子伴侣分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和识别肽链的非天然构象，促进各功能域和识别肽链的非天然构象，促进各功能域和识别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。整体蛋白质的正确折叠。整体蛋白质的正确折叠。整体蛋白质的正确折叠。 蛋白质的生物合成(16)热休克蛋白促进蛋白质折叠的基
48、本作用热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠。形成行折叠。形成行折叠。形成行折叠。形成HSP70HSP70和多肽片段依次结合、解离和多肽片段依次结合、解离和多肽片段依次结合、解离和多肽片段依次结合、解离的循环。的循环。的循环。的循环。 HSP40结合待结合待折叠多肽片段折叠多肽片段HSP70-ATP复合物复合物HSP40-HSP70-ADP-多肽复合物多肽复合物ATP水解水解
49、GrpEATPADP复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠蛋白质的生物合成(16)伴侣素伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程系统促进蛋白质折叠过程伴侣素的主要作用伴侣素的主要作用伴侣素的主要作用伴侣素的主要作用为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境。空间构象的微环境。空间构象的微环境。空间构象的微环境。 蛋白质的生物合成(16)蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳多肽链内或肽链之间
50、二硫键的正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要，这定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要，这一过程主要在细胞内质网进行。一过程主要在细胞内质网进行。二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。然构象。蛋白质的生物合成(16)肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶多肽链中肽酰多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺反两脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象明显差别。种异构体，空
51、间构象明显差别。肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换。异构体之间的转换。肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。蛋白质的生物合成(16)二、一级结构的修饰二、一级结构的修饰（一）肽链（一）肽链N端的修饰端的修饰（二）个别氨基酸的修饰（二）个别氨基酸的修饰（三）多肽链的水解修饰（三）多肽链的水解修饰蛋白质的生物合成(16)三、高级结构的修饰三、高级
52、结构的修饰（一）亚基聚合（一）亚基聚合（二）辅基连接（二）辅基连接（三）疏水脂链的共价连接（三）疏水脂链的共价连接蛋白质的生物合成(16)蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋最
53、终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋白质的靶向输送。白质的靶向输送。白质的靶向输送。白质的靶向输送。白质的靶向输送。白质的靶向输送。 四、蛋白质合成后的靶向输送四、蛋白质合成后的靶向输送 蛋白质的靶向输送蛋白质的靶向输送蛋白质的靶向输送蛋白质的靶向输送(proteintargeting)(proteintargeting)蛋白质的生物合成(16)所所所所所所有有有有有有靶靶靶靶靶靶向向向向向向输输输输输输送送送送送送的的的的的的蛋蛋蛋蛋蛋蛋白白白白白白质质质质质质结结结结结结构构构构构构中中中中中中存存存存存存在在在在在在分分分分分分选选选选选选信信信信信信号号号号号号，主主主主主主要要
54、要要要要为为为为为为N N N末末末末末末端端端端端端特特特特特特异异异异异异氨氨氨氨氨氨基基基基基基酸酸酸酸酸酸序序序序序序列列列列列列，可可可可可可引引引引引引导导导导导导蛋蛋蛋蛋蛋蛋白白白白白白质质质质质质转转转转转转移移移移移移到细胞的适当靶部位，这一序列称为到细胞的适当靶部位，这一序列称为到细胞的适当靶部位，这一序列称为到细胞的适当靶部位，这一序列称为到细胞的适当靶部位，这一序列称为到细胞的适当靶部位，这一序列称为信号序列信号序列信号序列信号序列信号序列信号序列 。 信号序列信号序列信号序列信号序列(signalsequence)(signalsequence)蛋白质的生物合成(16)Tripletcodons:AUG,UAA/UGA/UAGProteinsynthesis:threeprocesses(initiationelongationtermination)PosttranslationalProcessing:molecularchaperonSummary:蛋白质的生物合成(16)
